巴中市恩阳镇地区浅层地下水水文地球化学特征分析

巴中市恩阳镇地区浅层地下水水文地球化学特征分析

孙为奕;吴勇;卓勇;田梦莎;贺密

【摘要】通过采取研究区45组浅层地下水样,基于水文地球化学基础理论,运用数理统计、Piper三线图、Gibbs图、相关性分析、离子比例系数分析和水化学平衡分析,对研究区地下水水文地球化学特征进行研究.结果表明:地下水化学组分中,阳离子以Ca2为主,均值为91.11 mg·L-1;阴离子以HCO3-为主,均值为330.15 mg·L-1;TDS均值为481.2 mg·L-1;地下水化学类型主要为HCO3-Ca型.研究区地下水系统属于开系统,主导研究区地下水水化学特征的是岩石风化溶滤作用,碳酸盐矿物的风化溶滤是研究区地下水离子的主要来源,以方解石(CaCO3)、白云石

[CaMg(CO3)2]溶滤为主,其中,方解石大部分处于非饱和状态(SIc小于1),白云石处于饱和状态(SID大于1).

【期刊名称】《科学技术与工程》

【年(卷),期】2016(016)027

【总页数】8页(P114-121)

【关键词】浅层地下水;离子比例系数;相关性分析;水化学平衡分析;恩阳镇

【作者】孙为奕;吴勇;卓勇;田梦莎;贺密

【作者单位】地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学),成都理工大学环境与土木工程学院,成都610059;地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学),成都理工大学环境与土木工程学院,成都610059;地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学),成都理工大学环境与土木工程学院,成都610059;地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学),

成都理工大学环境与土木工程学院,成都610059;地质灾害防治与地质环境保护国

家重点实验室(成都理工大学),成都理工大学环境与土木工程学院,成都610059

【正文语种】中文

【中图分类】P641.3

水文地球化学研究是水文地质学重要研究内容之一。开展水文地球化学研究对揭示地下水化学特征及其形成机制具有重要意义，对地下水水资源保护和合理开发利用也具有重要的实际价值[1]。当前，国内外学者主要采用数理统计、Piper三线图、矿物饱和指数、离子比例系数、水文地球化学模拟及同位素示踪等技术方法对地下水化学特征、水化学成分的形成、原因及演化等进行研究[1—10]。王晓曦[1]等，运用统计学、Gibbs图和相关性分析等分析方法对滦河地下水化学特征及其形成作用进行研究，结果表明溶滤作用是控制地下水化学变化的控制因素，并受到阳离子交替吸附、蒸发浓缩和人为作用共同影响。张艳等[3]运用统计学、Piper三线图、Gibbs图、相关性分析等方法对阆中市思依镇水化学特征及其成因进行研究，结果显示地下水离子主要受岩石风化溶滤作用控制，以方解石和白云石风化溶滤为主。地下水是恩阳镇居民生活饮用水的重要来源，目前尚未出现该地区水文地球化学的相关研究。因此，通过采取地下水水样进行分析检测，基于水文地球化学基础理论，运用数理统计，绘制Piper三线图和Gibbs图，进行相关性分析、离子比例系数

分析和水化学平衡分析对该区的地下水化学特征进行研究，以期为该区域地下水化学特征、水质评价、水源地选取和水文循环机制的进一步研究的提供基础资料，为地下水污染防治和地下水资源保护与合理开发等积累理论依据。

研究区位于四川省巴中市恩阳镇(图1)，属亚热带湿润季风气候，年平均气温

16.9 ℃，年平均降雨量1 120.7 mm。研究区属川北低中山丘陵区，地势北高南低。区内主要河流为恩阳河和大桥河，恩阳河位于研究区区东北部，呈南北走向；

大桥河位于研究区南部，呈东西走向。

研究区出露地层主要有第四系(Q)、白垩系下统苍溪组(K1c)、白龙组(K1b)及七曲

寺组(K1q)。岩性主要为砂岩、泥岩和泥质粉砂岩。区内地下水类型有风化带孔隙裂隙水、基岩裂隙水、第四系冲洪积孔隙水和残坡积孔隙水，以风化带孔隙裂隙水为主。研究区地下水主要接受地表水和大气降水补给，以裂隙下降泉的形式出露至地表，汇集成地表溪沟，北部溪沟流入恩阳河，南部溪沟则流入大桥河。两条河流最终汇入嘉陵江。

研究区区域构造受巴(中)-平(昌)莲花状构造控制，属仪陇-巴中莲花状构造中心砥

柱外侧边缘区，位于恩阳向斜南东翼，地应力作用弱，构造简单，岩层平缓，岩层倾角多小于5°。

2014年2月，在四川省巴中市恩阳镇地区共采取45组地下水样，采样时使用GPS记录水样点坐标，采样点分布见图2。除pH和温度进行现场测定，水样用500 mL聚乙烯采集后蜡封，其余参数送四川省地质工程勘察院环境中心分析完成。分析参数包括pH值、溶解性总固体(TDS)、主要阳离子(K++Na+、Ca2+、

Mg2+)、主要阴离子(HCO3-、SO42-、Cl-)。K++Na+、Ca2+、Mg2+采用阳

离子色谱仪测定；HCO3-、SO42-、Cl-采用阴离子色谱仪测定。

数据的统计处理及部分分析用Microsoft office excel和word完成，水样数据可靠性取用阳离子-阴离子浓度平衡法进行分析，采用公式(1)计算[4]，测定误差

<±5%。采用AqQA软件绘制Ρiρer图，Excel绘制Gibbs图，用SPSS软件进

行相关性分析，利用Excel进行离子比例系数分析和水化学平衡分析。

误差

对研究区采取的45组地下水样统计分析，结果见表1。由表可知，区内pH值区

间为6.60～7.80，均值7.1，水样总体呈中性。TDS区间为108.5～709.9 mg·L-

1之间，平均值为481.2 mg·L-1。K++Na+度区间在0.5～55.7 mg·L-1，平均值

为11.2 mg·L-1；Ca2+浓度区间在18.0～149.3 mg·L-1，平均值为92.7 mg·L-1；Mg2+浓度区间在3.7～40.1 mg·L-1，平均值为17.9 mg·L-1；HCO3-浓度区间

在67.1～506.4 mg·L-1，平均值为324.7 mg·L-1；SO42-浓度区间在3.4～58.2 mg·L-1，平均值为29.2 mg·L-1；Cl-浓度均为0.35 mg·L-1。主要阳离子相对丰

度Ca2+>Mg2+>K++Na+，Ca2+为优势离子；主要阴离子相对丰度HCO3-> SO42-> Cl-，HCO3-为优势离子。

3.1 地下水化学特征

Piper图较为直观的反映出该区水化学特征，主要是以阴离子与阳离子的每毫克当量的百分数表示[5]。将各水样数据投绘制于Piper三线图(图3)。由图可知，地下水水样点位于1区、3区和5区。图3左下三角形部分，表明阳离子中碱土金属

离子(Ca2+、Mg2+)浓度超过碱金属离子(K++Na+)浓度。主要阳离子为Ca2+，毫克当量百分比均超过50%。右下三角形部分，表示阴离子中弱酸根离子(HCO3-)浓度均超过强酸根离子(Cl-+SO42-)浓度。主要阴离子为HCO3-，毫克当量百分

比均超过50%。据舒卡列夫分类法，地下水化学类型计2类，其中HCO3-Ca型

共34组，占76%；HCO3-Ca+Mg型共11组，占24%。

3.2 水化学特征分析

3.2.1 Gibbs图

Gibbs将天然水组分的控制因素分为三个类型：降雨作用控制型、岩石风化控制型与蒸发作用控制型[1]。Gibbs半对数坐标图中，纵坐标是以对数形式表示的TDS

质量浓度，横坐标以算术值形式表示ρ(K++Na+)/ρ(K++Na++Ca2+)或ρ(Cl-

)/ρ(Cl-+ HCO3-)，Gibbs图是划分出三种主要控制因素下天然水体的特征区域的一种重要手段[8,9]。

Gibbs图右下角部分ρ(K++Na+)/ρ(K++Na++Ca2+)或ρ(Cl-)/ρ(Cl-+HCO3-)

较大(大于0.5)，TDS质量浓度较低，反应区域地下水化学特征受降雨作用影响显